DE329542C - - Google Patents
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Description
Verfahren zur Zerlegung der Luft in Sauerstoff und Stickstoff unter gleichzeitiger Gewinnung hochprozentigen Argons. Bei -den bekannten Apparaten zur Trennung der Luftbestandteile durch Verflüssigung wird der flüssige Sauerstoff, der in den »Verdampfer« benannten unteren Teil der Rektifikationskolonne gelangt, auf Kosten der zu behandelnden komprimierten Luft in diesem Teile selbst verdampft. Von dem in dieser Weise verdampften Sauerstoff steigen ungefähr 4/" in der Rektifikationskolonne empor, um dortselbst die eingebrachten Flüssigkeiten fortschreitend in flüssigen Sauerstoff umzuwandeln, der den vorherigen ersetzt. Das letzte '/" welches dem Sauerstoff der behandelten Luft entspricht, tritt direkt aus dem Apparat heraus und bildet das eine der Fabrikationsprodukte. Die aufsteigenden Case, welche während ihres Aufstieges bei Berührung der Flüssigkeiten progressiv umgewandelt werden, treten andererseits als Stickstoff aus. Zufolge des Vorhandenseins des Argons insbesondere, spielen sich aber die Torgänge in der Praxis keineswegs so einfach ab. Das Argon, dessen Siedepunkt sehr nahe demjenigen des Sauerstoffs liegt, trennt sich sehr schwer von diesem, und zur Gewinnung von sehr reinem Sauerstoff, der in der Industrie immer stärker begehrt wird, muß zusammen mit dem Argon auf der Stickstoffseite ein erheblicher Teil des Sauerstoffs der behandelten Luft zurückgedrückt werden, was die Ausbeute an Sauerstoff verringert und dem Stickstoff seinen Wert nimmt.Process for the decomposition of air into oxygen and nitrogen under simultaneous extraction of high percentage argon. In the known apparatus for Separation of the air components by liquefaction becomes the liquid oxygen, the lower part of the rectification column named "evaporator" arrives, evaporates in this part itself at the expense of the compressed air to be treated. About 4 / "of the oxygen vaporized in this way rises in the rectification column upwards, in order to gradually transform the introduced fluids into fluids To convert oxygen, replacing the previous one. The last '/ "which is the oxygen corresponds to the treated air, emerges directly from the apparatus and forms one of the manufactured products. The ascending case, which during their Ascent is progressively converted when the fluids are touched, kick on the other hand as nitrogen. Due to the presence of argon in particular, In practice, however, the gates are by no means that easy. The argon, the boiling point of which is very close to that of oxygen, separates with great difficulty from this, and for the production of very pure oxygen, which is always used in industry is more popular, must be a considerable together with the argon on the nitrogen side Some of the oxygen in the treated air will be pushed back, which will reduce the yield decreased in oxygen and the value of nitrogen depleted.
In dem französischen Patent 437013 vom 6. Februar 191z, dessen Fig. 1 und 2 auf der beiliegenden Zeichnung wiedergegeben sind, ist ein Mittel zur Behebung des letztgenannten Übelstandes und zur Gewinnung sehr reinen Sauerstoffs, ohne der Reinheit des Stickstoffs zu schaden, angegeben. Dieses Mittel besteht darin, idaß man den flüssigen Sauerstoff, der dem obenerwähnten'/v entspricht, in einen besonderen Raum (Fig. 1) abfließen läßt, wo er durch Rektifikation und Verdampfung getrennt wird: einesteils in einen schwachen, fast die Gesamtmenge des Stickstoffs und des Argons mitreißenden Teil, andernteils in eine aus fast reinem Sauerstoff gebildete Hauptmasse. Die durch den Stutzen W gesondert entnommene erste Wortion verunreinigt sonach in keinerlei Weise durch ihren Sauerstoff und Argon den durch die Hauptrektifikation.ssäule gelieferten Stickstoff. Entsprechend den durch das Patent verfolgten Zielen' kann das System zur Verflüssigung der komprimierten Luft mittels des zu verdampfenden Sauerstoffs ein beliebiges, z. B. eine Rohrschlange S (Fig. 2), sein.In the French patent 437013 of February 6, 191z, the FIGS. 1 and 2 of which are reproduced in the accompanying drawing, a means for eliminating the last-mentioned deficiency and for obtaining very pure oxygen without harming the purity of the nitrogen is given. This means consists in letting the liquid oxygen corresponding to the above-mentioned flow into a special space (Fig. 1), where it is separated by rectification and evaporation: partly into a small amount, almost the total amount of nitrogen and the argon-entraining part, the other part in a main mass formed from almost pure oxygen. The first word ion, which is removed separately through the connection piece W, therefore does not contaminate the nitrogen supplied by the main rectification column in any way with its oxygen and argon. According to the aims pursued by the patent, the system for liquefying the compressed air by means of the oxygen to be evaporated can be any, e.g. B. a coil S (Fig. 2).
Dieses Verfahren' beseitigt jedoch keines- Wegs den obenerwäbnten Übelstand einer mangelhaften Ausbeute an reinem Sauerstoff, da ein beträchtlicher Teil dieses Gases an der Stelle W in Mischung mit Stickstoff und Argon austritt.However, this procedure does not eliminate Away the Above mentioned disadvantage of an insufficient yield of pure oxygen, as a considerable part of this gas at the point W mixed with nitrogen and Argon leaks.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung, gemäß welcher .das nach dem vorerwähnten Verfahren ge"vonnene Gemisch von Stickstoff, Argon und Sauerstoff so behandelt wird, daß der Sauerstoff, welcher bestrebt ist mit dem Stickstoff und Argon durch W zu entweichen, zurückgehalten wird.The present invention relates to an improvement according to which . The mixture of nitrogen, argon and Oxygen is treated in such a way that the oxygen which strives with the nitrogen and argon to escape through W is retained.
Gemäß dem neuen Verfahren wird das sehr sauerstoffreiche, aber noch Stickstoff und Argon enthaltende Gemisch, welches dem unteren Teile des- an und für-sich bekannten Apparats zur Zerlegung der Luft in ihre Bestandteile entnommen wird, in drei Fraktionen umgewandelt, nämlich: in eine Fraktion, die, praktisch genommen, den gesamten Stickstoff enthält, in eine zweite Fraktion, die aus fast reinem Sauerstoff, und in eine dritte, sozusagen stickstofffreie Fraktion, die aus Argon in Mischung mit einer gewissen Gewichtsmenge Sauerstoff besteht.According to the new process, this becomes very oxygen-rich, but still Mixture containing nitrogen and argon, which the lower parts of and taken for-itself known apparatus for breaking down the air into its components is converted into three factions, namely: into a faction that, practically taken, all of the nitrogen it contains, in a second fraction, which is made up almost pure oxygen, and in a third, so to speak nitrogen-free fraction that consists of Argon is mixed with a certain amount of oxygen by weight.
Zu diesem Zwecke wird der in der üblichen Rektifikationskolonne erzeugte flüssige Sauerstoff, der fast die Gesamtmenge des Argons der behandelten Luft und etwas Stickstoff enthält, in einen Verflüssigungs- und Rektifikatioiishilfskreislauf eingeleitet, in welchem ein Gemisch dieser drei Gase, aber sehr argonreich, in bestimmter Menge kreist. Dieses Gas wird -komprimiert, dann verflüssigt und in flüssigem Zustand zur Rektifikation der aus dem vorerwähnten unreinen, flüssigen Sauerstoff sich entwickelnden Dämpfe benutzt. Diese -letzte erzeugte Flüssigkeit strömt abwärts mit der durch die Hilfsrektifikation gewonnenen, und zwar über Rektifikationsböden, wie dies Fig. z und 2 veranschaulichen. Hierdurch wird hinsichtlich des Sauerstoffs der Reinheitsgrad der Flüssigkeit erhöht, wogegen das Argon, welches die hauptsächliche Verunreinigung des flüssigen Sauerstoffs bildete, am oberen der Hilfsrektifikation dienenden Teil der Kolonne, unter Mitnahme von nur sehr wenig Sauerstoff, entweicht, und zwar in gasförmigem Zustand zusammen mit dem Argon des Hilfskreislaufs. Was den im anfänglichen unreinen, flüssigen Sauerstoff enthaltenen Stickstoff anlangt, so entweicht dieser ebenfalls mit dem Argon der beiden vorherigen Provenienzen. Man kann aber das geschlossen kreisende argonreiche Volumen so groß nehmen, daß die kleine Stickstoffmenge, welche in dem behandelten unreinen, flüssigen Sauerstoff enthalten war und in dem austretenden Argon sich zum größten Teile wiederfindet, einen schwachen Bruchteil bildet, der praktisch vernachlässigbar ist. Diesem sehr wenig Stickstoff enthaltenden argonreichen Gemisch wird die demnächst nach außen abzuführende Argonmenge entnommen, welche derjenigen entspricht, welche mit dem unreinen; flüssigen Sauerstoff der Hauptkolonne eingeführt wurde.For this purpose, the one produced in the usual rectification column is used liquid oxygen, which is almost the total amount of argon in the air and treated contains some nitrogen, in a liquefaction and rectification auxiliary circuit introduced, in which a mixture of these three gases, but very rich in argon, in certain Crowd circles. This gas is compressed, then liquefied and in a liquid state for the rectification of the impure liquid oxygen evolving from the aforementioned Used fumes. This last liquid produced flows downwards with the through the auxiliary rectification obtained via rectification trays, as shown in Fig. z and 2 illustrate. This increases the degree of purity in terms of oxygen of the liquid, while argon, which is the main impurity of the liquid oxygen formed, at the top of the auxiliary rectification serving part the column, with the entrainment of very little oxygen, escapes, namely in gaseous state together with the argon of the auxiliary circuit. What the in the initial When nitrogen containing impure liquid oxygen arrives, it escapes also with the argon of the two previous origins. But you can do that closed Take the circulating argon-rich volume so large that the small amount of nitrogen which was contained in the impure liquid oxygen being treated and in the exiting Argon finds itself for the most part, forming a weak fraction that is practically negligible. This very little nitrogen-rich argon The amount of argon to be discharged to the outside is withdrawn from the mixture corresponds to those who are unclean; liquid oxygen of the main column was introduced.
Der nicht nach außen abgeführte, also zurückbleibende und geschlossen kreisende Teil des Argongemisches wird von neuem komprimiert und unter Zurückströmen der verflüssigten Teile verflüssigt, um einerseits' stark argonhaltige Flüssigkeit zu liefern, welche, wi° oben gezeigt, von neuem als Rektifikationsflüssigkeit dient, und um anderseits einen stickstoffreichen Rückstand zu hinterlassen, der praktisch den ganzen Stickstoff enthält, den man nach außen abführt, wodurch verhütet wird, daß dieses Gas sich im Kreislauf aufspeichert: .The one that is not discharged to the outside, i.e. that remains behind and closed The circulating part of the argon mixture is compressed again and flowing back the liquefied parts liquefied to one hand 'strongly argon-containing liquid to deliver, which, as shown above, serves again as rectification liquid, and on the other hand to leave a nitrogen-rich residue which is practical contains all the nitrogen that is discharged to the outside, which prevents that this gas accumulates in the circuit:.
Um dem Hilfskreislauf das zu seiner Entstehung nötige Gas zu verschaffen, bedient man sich einfach bei seiner Ingangsetzung der Gase, weiche sich aus dem die Hauptkolonne verlassenden unreinen, flüssigen Sauerstoff entwickeln. Diese Gase werden in dem vorbeschriebenen Hilfskreislauf komprimiert und verflüssigt und haben das Bestreben, sich zu dem vorerwähnten argonreichen Gemisch zu entwickeln, was nach dem wohlbekannten grozeß der Selbstreinigung geschieht, gemäß welchem jedes Gasgemisch bestrebt ist, sich mit dem flüchtigsten seiner Bestandteile anzureichern, welche Anreicherung durch das Waschen der Gase mittels der von ihrer Wiederverflüssigung herrührenden Flüssigkeiten bewirkt wird. Selbstredend wird während dieser Operation kein Gas nach außen entnommen, da das Argon nur dann entnommen wird, wenn sein Gehalt genügend hoch ist.In order to provide the auxiliary circuit with the gas it needs to develop, one simply makes use of the gases that are released from the develop impure liquid oxygen leaving the main column. These gases are compressed and liquefied and have in the auxiliary circuit described above the endeavor to develop into the aforementioned argon-rich mixture, what occurs according to the well-known process of self-purification, according to which each Gas mixture strives to enrich itself with the most volatile of its constituents, what enrichment by scrubbing the gases by means of their reliquefaction originating fluids is effected. It goes without saying that during this operation no gas removed to the outside, since the argon is only removed when its content is high enough.
Fig. 3 zeigt einen zur Ausübung des neuen . Verfahrens geeigneten Apparat, in dessen oberem, aus einem Verdampfer K und einer Rektifikationskolonne I_ bestehenden Teil die Luft in bekannter Weise zerlegt wird. In diesen bekannten Teil des Apparats wird die zu behandelnde Luft einerseits durch den Stutzen A unter Drück und gekühlt, anderseiis an der Stelle T" in flüssigem Zustand eingeführt. Die Verflüssigung selbst findet im Schlangenrohr S statt, worüber an weiterer Stelle näheres ausgeführt ist. Diese in dieser Weise in den bekannten Teil des Apparats eingeführte Luft wird. in Stickstoff und in ein flüssiges, sehr sauerstoffreiches; aber noch Argon und Stickstoff enthaltendes Gemisch zerlegt, welches im Verdampfer K sich ansammelt, wogegen der ari erster Stelle genannte Stickstoff durch den oberen Stutzen B der Rektifikationskolönne entweicht.Fig. 3 shows one for practicing the new. Procedure suitable Apparatus, in its upper part, consists of an evaporator K and a rectification column I_ existing part the air is broken down in a known manner. In these well-known Part of the apparatus is the air to be treated on the one hand through the connection A below Pressed and cooled, otherwise introduced at the point T "in the liquid state. The liquefaction itself takes place in the serpentine pipe S, which is discussed further on is detailed. This in this way in the known part of the apparatus introduced air will. in nitrogen and in a liquid, very oxygen-rich; but still argon and nitrogen containing mixture decomposed, which in the evaporator K accumulates, whereas the nitrogen mentioned in the first place ari through the upper one Port B of the rectification column escapes.
Der untere, den Gegenstand .der Erfindung bildende Teil des Apparats umfaßt die Sekundärrektifikationskolonne R', den Verdampfer G, das für teilweise Verflüssigung bestimmte RöhrenbündelF, das Verflüssigungsschlangenrohr S, den Wärmeaustauscher E und den Kompressor C. In diesen einzelnen Organen erfolgt die vorerwähnte Zerlegung des sauerstoffreichen, aber noch Argon und Stickstoff enthaltenden, im Verdampfer K sich ansammelnden Gemisches.The lower part of the apparatus forming the subject of the invention comprises the secondary rectification column R ', the evaporator G, the tube bundle F intended for partial liquefaction, the liquefaction coil tube S, the heat exchanger E and the compressor C. In these individual organs takes place the above-mentioned decomposition of the oxygen-rich, but still argon and nitrogen containing, in the evaporator K accumulating mixture.
Zum Zwecke der Behandlung wird das an Sauerstoff sehr reiche, an-Argon und Stickstoff weniger reiche Gemisch durch das Rohr T aus der Hauptrektifikatiönskolonne auf die unteren Teller der Sekundärkolonne R' übergeleitet, wo es im Gegenstrom zu den aufsteigenden Gasen von Teller zu Teller herabwandert und sich dabei mit Sauerstoff anreichert. -Der Abgang des in den Verdampfer G übertretenden Gemisches wird durch die im Schlangenrohr S stattfindende totale Verflüssigung einer gleichwertigen Menge komprimierter Luft ausgeglichen, die in flüssiger Form an der Stelle T" in die Hauptkolonne eintritt.For the purpose of treatment, the very rich in oxygen, an-argon and nitrogen less rich mixture through tube T from the main rectification column transferred to the lower plate of the secondary column R ', where it is in countercurrent wandering down from plate to plate to the rising gases and thereby becoming part of it Oxygen enriches. -The exit of the mixture entering the evaporator G. becomes an equivalent due to the total liquefaction taking place in the coiled pipe S. Balanced amount of compressed air that is in liquid form at point T "in the main column enters.
Die am oberen Teil der Sekundärkolonne durch den Stutzen W entweichenden Gase durchströmen zunächst einen Wärmeaustauscher E und gelangen; dann in den Kompressor G, wo sie verdichtet werden. Darauf strömen sie in entgegengesetztem Sinne von neuem durch den Austauscher E und erreichen rücklaufend das in den Verdampfer G tauchende Röhrenbündel F, wo sie sich zum Teil wieder verflüssigen. Der von dieser Verflüssigung herrührende schwache Gasrückstand wird an der Stelle H entnommen und besteht der Hauptsache nach aus dem gesamten Stickstoff, der in den bei W aus der Sekundärkolonne entweichenden Gasen enthalten war, wogegen die erzeugte Flüssigkeit demzufolge nur noch Sauerstoff und Argon enthält.Those escaping through the nozzle W at the top of the secondary column Gases first flow through a heat exchanger E and arrive; then into the compressor G where they are condensed. Then they flow anew in the opposite sense through exchanger E and return to that which is immersed in evaporator G. Tube bundle F, where they partially liquefy again. The one from this liquefaction resulting weak gas residue is removed at point H and consists of The main thing is from all the nitrogen that is in the W from the secondary column escaping gases was contained, whereas the liquid produced was therefore only still contains oxygen and argon.
Diese Flüssigkeit wird nun an der Stelle T' in den oberen Teil der Sekundärkolonne eingeführt, und da, von geringen Verlusten abgesehen, die in dem Bündel F erzeugte Flüssigkeitsmenge der an der Außenseite- dieses Bündels durch Verdampfung entstehenden, in der Kolonne aufsteigenden Gasmenge äquivalent ist, so ist die der Stelle T' zuführbare Flüssigkeitsmenge keinen Einschränkungen unterworfen. Man hat es vielmehr mit einem geschlossenen Hilfskreislauf zu tun, in dem sich endlos eine gleiche Gasmenge bewegt, die der Regel nach in: unvergleichbarem Maße größer ist als die durch Rohr T zufließende Flüssigkeitsmenge, so daß die in der Sekundarkolonne sich abspielenden Rektifikationsvorgänge vornehmlich durch den Flüssigkeitsgehalt dieses Hilfskreislaufs, aber sehr wenig durch das dem Rohr T entströmende Quantum beherrscht werden. Die in dem Rohrbündel F erzeugte Flüssigkeit besteht aber aus einem stickstofffreien Gemisch von Argon und Sauerstoff. Hieraus und unter dem Einfluß der durch das Waschender Gase mittels einer von der Wiederverflüssigung dieser Gase herrührenden Flüssigkeit hervorgerufenen, auf die wohlbekannten Vorgänge der Selbstreinigung zurückführbaren Erscheinungen ergibt sich, daß die bei .W abziehenden Gasesich bei Ingangsetzung des Apparats in wachsendem Maße mit dem flüchtigsten Element des Gemisches, nämlich dem Argon, anreichern.This liquid is now at the point T 'in the upper part of the Secondary column introduced, and there, apart from small losses, which in the Bundle F the amount of liquid produced on the outside of this bundle Evaporation is equivalent to the amount of gas rising in the column, so the amount of liquid which can be supplied to the point T 'is not subject to any restrictions. Rather, we are dealing with a closed auxiliary circuit in which there is endless moves an equal amount of gas, which is usually larger in: incomparable measure is than the amount of liquid flowing in through tube T, so that that in the secondary column rectification processes taking place primarily through the liquid content this auxiliary circuit, but very little through the quantum flowing out of the pipe T. be mastered. The liquid generated in the tube bundle F consists of a nitrogen-free mixture of argon and oxygen. From this and under the influence that by washing the gases by means of reliquefaction of these gases resulting liquid, on the well-known processes of self-cleaning traceable phenomena, the result is that the gases withdrawn at .W are at Starting the apparatus increasingly with the most volatile element of the mixture, namely the argon.
_ Was den in dem vom Rohr T abströmenden Gemisch enthaltenen Stickstoff anlangt, so erreicht cr zwar zufolge seiner größeren Flüchtigkeit in toto die Stelle W im oberen Teil der Se?:undärl:olonne, tritt aber dort nur in sehr schwachen Mengen auf, da ja das im Hilfsstromkreis strömende Argon- und Sauerstoffgemisch relativ enorm ist und aus dem Röhrenbündel F abgezogen wird. Die an der Stelle W abströmenden Gase enthalten sonach stets nur einen äußerst geringen Gewichtsteil Stickstoff, den man nötigenfalls noch bis auf weniger als ein Prozent herabdrücken kann. Diese Gase stellen mithin ein Gemisch dar, das sehr reich an Argon und praktisch stickstofffrei ist. Sobald der normale Arbeitsgang sich eingestellt hat, kann man an der Stelle h einen Teil dieses dem gesamten durch Rohr T zugeführten Argon annähernd entsprechenden Argon- und Sauerstoffgemisches als Fabrikationsprodukt abzapfen._ What the nitrogen contained in the mixture flowing out of the pipe T is reached, cr, due to its greater volatility, reaches the point in toto W in the upper part of the Se?: Undärl: olonne, but occurs there only in very small quantities because the argon and oxygen mixture flowing in the auxiliary circuit is relative is enormous and is withdrawn from the tube bundle F. The flowing off at the point W. Gases therefore always contain only an extremely small part by weight of nitrogen, which, if necessary, can still be reduced to less than one percent. These Gases therefore represent a mixture that is very rich in argon and practically nitrogen-free is. As soon as the normal work process has set in, you can go there h a portion of this approximately equal to the total argon supplied through tube T. Draw off argon and oxygen mixtures as a manufactured product.
Aus dem Gesagten ist ersichtlich, daß das zu. behandelnde, aus Sauerstoff, Argon und Stickstoff bestehende Gemisch durch das neue Verfahren zerlegt wird: in eine Fraktion, die den gesamten Stickstoff enthält und bei 1-I entnommen wird, in eine weitere aus praktisch reinem Sauerstoff bestehende, am der Stelle U entnehmbare Fraktion, und in eine dritte bei- Y abzapfbare Fraktion, welche aus einem praktisch stickstofffreien Gemisch von Argon und Sauerstoff besteht.-Durch das vorliegende Verfahren wird sonach die erhebliche Einbuße an Sauerstoff vermieden, welche sich aus der Anwendung des Verfahrens nach dem französischen Patent .f37013 ergibt. Wenn die Verdampfung der in der Rektifikationskolonne kreisenden Gase quantitativ gerade gesichert wird durch -die Verflüssigung des nochmals komprimierten Gases in dem flüssigen Sauerstoff (von den entnommenen Stickstoff- und Argonmengen abgesehen), so versteht sich, daß die Verdampfung des Sauerstoffs, der eines der Fabrikationsprodukte bildet und durch den Stutzen U abzieht, in dem Rohrsystem S auf Kosten eines Teiles der behandelten Luft erzielt wird. Von dieser Luft müssen etwa 4;5 im Rohrsystem K, K' des Hauptapparats und etwa x/, im Rohrsystem S der Kammer G verflüssigt werden, aus der die erzeugte Flüssigkeit durch Rohr T" nach der Hauptkolonne hochgeleitet wird, um den Abgang des flüssigen Sauerstoffs durch Rohr T auszugleichen.From what has been said it can be seen that this is too. The treatment mixture consisting of oxygen, argon and nitrogen is broken down by the new process: into a fraction that contains all of the nitrogen and is removed at 1-I, into another fraction consisting of practically pure oxygen, which can be removed at point U, and in a third fraction that can be drawn off at Y, which consists of a practically nitrogen-free mixture of argon and oxygen. The present process therefore avoids the considerable loss of oxygen which results from the use of the process according to French patent .f37013 . If the evaporation of the gases circulating in the rectification column is quantitatively ensured by -the liquefaction of the compressed gas in the liquid oxygen (apart from the quantities of nitrogen and argon withdrawn), then it goes without saying that the evaporation of the oxygen, which is one of the manufactured products forms and withdraws through the nozzle U, is achieved in the pipe system S at the expense of part of the treated air. About 4; 5 of this air must be liquefied in the pipe system K, K 'of the main apparatus and about x /, in the pipe system S of the chamber G, from which the generated liquid is passed up through pipe T ″ to the main column, around the outlet of the liquid Balance oxygen through tube T.
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